CN1082835C - 由经热处理的双层或多层式金属箔制造蜂窝体的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法和设备，用于由至少一种金属箔(1)制造蜂窝体，金属箔由至少两个不同的层尤其是由与铝滚轧结合的钢构成。金属箔(1)至少部分地通过变形制成具有一种结构，然后层叠或卷绕成蜂窝体，金属箔(1)在变形前通过在其内部生成的电阻热进行热处理。加热最好通过感应线圈(6)进行。因此提高了冷变形的能力并在必要时可以在规定的环境(10)内生成氧化层。本发明降低了能耗和设备成本，从而有可能经济地制造高质量的蜂窝体，尤其是具有提高效率的微结构的蜂窝体。
Description
本发明涉及一种方法，用于制造一种蜂窝体尤其是排气净化装置催化转换反应用的载体，这种排气净化装置最好装在汽车上使用。这种蜂窝体的一般结构例如在EP0454712B1中作了说明。此文件还介绍了所谓横向微结构，它们用于影响流动和提高催化转换反应的效率。蜂窝体由至少局部具有某种结构的薄板层卷绕、层叠或缠结而成，薄板层的结构在这种情况下导致构成废气流动通道。因此主结构决定了通道的大小。在下面如在先有技术中那样对所谓的微结构应理解为是一种尺寸远小于主结构的结构，这种微结构应最好布置为与蜂窝体内的通道垂直或成一个夹角。为了制成如此设置的微结构，要求金属箔的带沿其纵向或倾斜于其纵向制成一定的结构，为此需要在其连续行进和金属箔带的宽度不应发生严重改变的情况下有大的冷变形。
由EP0159468B1和US5366139A已知由两层或多层构成的金属箔，用于制造金属蜂窝体。这种层状结构的金属箔可由所要求的合金成分轧制而成，其中最好使用与铝滚轧结合的薄钢板。原则上这种金属箔也可以在轧制后均匀退火，由此获得一种从各方面看对于制造金属蜂窝体而言为恰当的耐高温腐蚀的材料。然而，这种均匀退火耗能高和使其本身很经济的轧制过程变得相当昂贵。
也已有人建议用尚未均匀退火的滚轧结合的金属箔制造蜂窝体，并将均匀退火同时与以后反正需要的钎焊过程结合起来。这种方案从能量利用方面看是有利的，然而其前提条件是，为金属薄板结构化所必须的步骤能够在一种未经热处理的滚轧结合的金属箔上实施。但是业已证实，某些工序尤其是制造微结构，由于滚轧结合的材料冷变形能力较差，因而并不是可以没有任何问题地顺利实施的，因为滚轧结合的金属箔只有在冷变形不超过1％时才不会开裂。
最后，还已知一些蜂窝体制造方法，其中在结束时不是整个蜂窝体钎焊并因而不是整个蜂窝体经受一次热处理工艺。因此，例如在WO89/07488中介绍的蜂窝体或其他具有渐开线形或S形延伸的薄板的蜂窝体，也可以这样来组合成一种牢固的复合体，即，仅仅在外套管的端部熔焊或钎焊，并不需要金属箔整体加热。在这种制造过程中，若金属箔既未均匀退火又未作别的热处理，则金属箔没有足够厚的氧化层，然而这种氧化层用于粘附一个以后的催化活性层却是必要的。
因此本发明的目的是要创造一种蜂窝体制造方法，它既不需要在轧制过程的最后退火也不要求在蜂窝体制造过程的最后退火，而是可以结合在蜂窝体真正的制造过程中以工艺技术和能量利用方面有利的方式进行热处理的方法。本发明还应创造一种相应的设备。
为了达到这一目的提供了由至少一种金属箔制造蜂窝体的方法，金属箔由至少两个不同的层尤其是由与铝滚轧结合的钢构成，按此方法金属箔至少部分地通过变形制成具有某种结构，然后层叠或卷绕成蜂窝体，其中金属箔在变形前通过在其内部生成的电阻热进行热处理。对于本发明重要之点在于，并非绝对必须的完全均匀退火这种热处理，在金属箔变形为蜂窝结构和必要时变形成具有微结构之前进行，以便获得为实施这些工序所需的足够的冷变形能力。此外，重要之点还在于，金属箔通过在其内部自身产生的电阻热加热。这一过程对于能量利用是非常有利的，因为热损失可以保持得很小。电阻热总是在金属箔中流过电流时形成。这可以通过在金属箔上施加电压或通过借助于感应线圈产生涡流来获得。借助于电阻热来加热也是特别有利的，因为由此可以达到快速加热，这种加热在一个连续过程中只需要比较短的没有导向装置的热处理区，而在一种不连续过程中允许为此热处理工序有较短的延续时间。
对于连续过程，借助于感应线圈加热经过的金属箔是特别合适的。对于针对金属箔一个个分段的非连续过程，则尤为适用的是在此分段上加上电压以便在金属箔内产生足够强大的电流。
为避免金属箔表面与周围空气发生不可控制的反应，有利的是此热处理在一其中保持规定环境的腔室内进行。因为由文献已知，过度氧化和在氧化表面内的氮化物的结合，对于粘附下一个层都是不利的，最好在腔室内充填由惰性气体尤其是如氩这样的稀有气体构成的一种规定的环境，其中只添加少量的氧用于金属箔缓慢和均匀地氧化。在这种情况下氧的分压应低于标准大气中的氧分压，最好只有几个毫巴。根据金属箔在热处理时达到的最高温度，也可以采用氮作为惰性气体，因为在某个温度前无须担心在表面上生成氮化物。如已提及的那样，金属箔并不是绝对需要全部均匀化的，因为这对于进一步的加工过程并不是必需的，而且即使在层叠过程中没有通过层的煅烧实现均匀化，也会在蜂窝体今后例如作为汽车中的排气催化剂工作时，通过频繁达到所存在的温度反正会获得的。
对于其中S形或渐开线形延伸的薄板只与外套管端部通过接缝技术固定在外套管上的蜂窝体，有利的是端部保持不被氧化，因为这样简化和改善了接缝工艺过程。按本发明在这种情况下特别有利的是，金属箔表面上以后应固定在外套管上的那些分区，在热处理过程中相对于周围的环境被覆盖或冷却，所以这些分区不会被氧化。这一点可借助于在连续过程中随着一起移动的夹具来实现。然后金属箔在此未氧化的区域内晚些时候被切开和层叠。在非连续过程中，金属箔首先切成需要的长度，然后在它们端部用夹具固定，这些夹具还用于引入电流。在这种情况下夹具覆盖住金属箔分段的端区或冷却它们，所以氧化只在金属箔的其余区域内进行。接着，便可使经热处理的分段经受变形、堆垛和层叠成蜂窝体。
在权利要求11中说明了用于制造蜂窝体并包括热处理步骤在内的相应的设备。此设备有利的设计在从属于权利要求11的权利要求中说明并在下面借助于附图详细解释，其中表示：
图1作为一种图中没有进一步表示的已知加工设备一部分的用于连续热处理的设备示意图；以及
图2在非连续过程中的热处理阶段。
图1示意表示用于由分层结构的金属箔1制造蜂窝体的制造设备的第一部分。金属箔借助于金属箔引出装置2从备用卷轴退绕。一个图中没有表示的传送装置例如用于制造波纹形结构的波纹辊，将金属箔1从备用卷轴拉出。在金属箔1送往任一种变形装置7之前，它通过一金属箔输送区8，在那里除了金属箔外至少设有一个感应线圈6，不过最好设两个或多个总是互相对置的感应线圈6。为了不仅影响金属箔1的内部特性亦即其冷变形能力和其他化学和物理性质，而且还为了有目的地处理表面，将金属箔输送区8基本上置于一腔室5内，金属箔1分别通过一密封间隙9引入此腔室和从此腔室引出。在腔室5内存在规定的环境10，最好由氩和添加少量的氧构成。规定的混合气经供入管4输入，因此补偿了通过化学反应和在密封间隙处产生的损失。
因为金属箔的输送由于备用卷轴和传送装置的某些机械特性而有可能不均匀和也不是没有加程地进行，所以在金属箔输送区8之前和/或后设有均衡装置3，它们保证金属箔均匀运行和在金属箔内始终受几乎相等的拉应力。感应线圈6设计为它们能使通过的金属箔1处于适合于热处理的温度。根据需要这一温度可在500至1000℃之间，最好是约600℃，它刚好在铝的熔点以下。在特殊情况下，热处理也可以在例如900℃时进行，由此已经获得了部分均匀化和快速氧化。原则上为了加速氧化此温度可选得如此之高，以致金属箔的机械强度刚好还足够用于进一步输送。
图2示意表示金属箔分段15的不连续式热处理。金属箔分段15夹紧在两个夹具11中，夹具通过开关13与电流或电压源12连接。开关13闭合一可预定的时间，因此电流流过金属箔并将金属箔加热。其中夹具11的形状可设计为它们能相对于周围环境覆盖住金属箔分段15的端部14或至少冷却这些端部。以此方式在部分14上不产生氧化层，氧化层会增加以后与外套管连接时的困难。当然，非连续式热处理也可以在具有规定环境的腔室内进行，这完全类似于借助图1已作的说明那样。
还应指出，当夹具11例如夹住运行中的金属箔并随之一起运动时，同样可以通过将电流引入金属箔实施连续加热。
本发明可以由即使具有为形成微结构所需的超过1％尤其例如为3％冷变形的滚轧结合的金属箔制造蜂窝体，与此同时无须在金属箔上实施耗能大或设备昂贵的完全的均匀化过程。还可以在金属箔上构成一个能改善以后催化活性层粘附性的氧化层，因此可以采用简单的接缝技术，无需以后全部加热此整个蜂窝体。
Claims (22)
1.由至少一种金属箔(1)制造蜂窝体的方法，金属箔由至少两个不同的层构成，其中金属箔(1)至少部分地通过变形制成具有一种结构，然后层叠或卷绕成蜂窝体，其特征为：金属箔(1)在变形前通过在其内部生成的电阻热进行热处理。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个金属箔是由与铝滚轧结合的钢构成。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征为：电阻热通过感应产生。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征为：电阻热通过向金属箔供入电压(12)产生。
5.按照权利要求1、3或4所述的方法，其特征为：此方法连续地在为作进一步加工而经过的金属箔(1)上实施。
6.按照权利要求1，3或4所述的方法，其特征为：此方法非连续地在金属箔(1)的分段上实施。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征为：热处理在一种规定的环境(10)内进行。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征为：环境(10)基本上是一种惰性气体环境。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：环境(10)是氮或一种稀有气体。
10.按照权利要求7或8之一所述的方法，其特征为：环境(10)含一部分氧，最好有比在标准大气中低的氧分压。
11.按照权利要求1，3或4所述的方法，其特征为：金属箔表面的一些部分(14)在热处理过程中相对于周围的环境(10)被覆盖或冷却，所以它们可以不被氧化。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征为：金属箔(1)再分切为分段，分段(15)的端部(14)在热处理过程中被夹具(11)夹紧，以致它们不与周围环境(10)接触或由于借助于夹具(11)冷却而不致加热到一个足以引起氧化的高温。
13.热处理一种由至少两个不同的层组成的金属箔(1)的设备，它包括：
-至少一个金属箔输送区(8)，金属箔(1)沿着它传送，
-至少一个用于在金属箔(1)内生成电阻热的装置(6；13、14、15)。
14.按照权利要求13所述的设备，其特征为：此设备是用金属箔(1)制成蜂窝体的制造设备的一部分，以及它布置在金属箔(1)第一变形装置(7)的前面。
15.按照权利要求13或14所述的设备，其特征为：设备有一腔室(5)，金属箔(1)在热处理期间处于此腔室内，以及在此腔室内可建立一种规定的环境(10)。
16.按照权利要求15所述的设备，其特征为：在腔室(5)内可基本上建立一种由惰性气体最好是氮或一种稀有气体尤其是氩构成的环境(10)。
17.按照权利要求16所述的设备，其特征为：在腔室(5)内可调整为一个低于标准大气的氧分压。
18.按照权利要求13所述的设备，其特征为：除金属箔输送区(8)外至少设一感应线圈(6)，它可以在金属箔(1)内产生涡流并由此加热金属箔。
19.按照权利要求18所述的设备，其特征为：至少在金属箔输送区(8)的每一侧设一感应线圈(6)。
20.按照权利要求13所述的设备，其特征为：在金属箔输送区(8)的前和/或后设置一匀衡装置(3)，用于调整输送速度和作用在金属箔(1)上的拉应力。
21.按照权利要求13所述的设备，其特征为：至少有两个夹具(11)，用于金属箔分段(15)与电压(12)的触点接通。
22.按照权利要求21所述的设备，其特征为：夹具(11)的形状设计为它能覆盖和/或冷却金属箔表面的部分(14)，所以金属箔(1)在那里不会被氧化。
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